Python学习----网络编程

news2024/9/22 13:38:21

网络：网络就是实现资源共享和信息传递的虚拟平台，我们可以编写基于网络通信的程序。比如socket编程，web开发

Socket编程

Socket是程序之间通信的一个工具，好比显示生活中的电话，你知道了对方的电话号码之后，需要使用电话进行通讯。同理你知道了对方的ip 地址和端口号之后，你需要使用socket进行通信。

在通信之前，我们需要选择网络通讯协议（网络传输方式）。保证程序之间按照指定的规则进行数据通信。

TCP

TCP 简称传输控制协议，它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。
1、面向连接：通信双方必须先建立好连接才能进行数据传输，并且双方都会为此连接分配必要资源用来记录连接的状态和信息。当数据传输完成之后，双方必须断开此连接，以释放系统资源。
2、可靠传输：

TCP采用发送应答机制：
	通过TCP这种方式发送的每个报文段都必须得到接收方的应答才认为这个TCP报文段发送成功
超时重传
	发送端发送一个报文之后就会启动定时器，如果指定的时间内没有得到应答就会重新发送这个报文
错误校验
	TCP用一个 校验和 函数来校验数据是否有错误，在发送和接收时都要计算 校验和
流量控制和阻塞管理
	流量控制用来避免发送端发送过快而使得接收方来不及接收

通信步骤：
1、创建连接
2、传输数据
3、关闭连接

python编码转换

在网络中传输的数据都是二进制的数据，所以我们在发送数据的时候需要将数据转换为二进制，到达目的地之后再将二进制数据转换回来。
转码： encode
解码： decode

TCP客户端程序开发

开发流程：
在这里插入图片描述

开发步骤：
1、导入socket模块
import socket
2、创建客户端socket对象
socket.socket(AddressFamily , Type)
AddressFamily：IP地址类型，分为Ipv4和Ipv6
type：传输协议类型
3、建立连接
connect
4、数据传输
send：发送数据
recv：接收数据
close：关闭连接
代码演示：

import socket

if __name__ == '__main__':
    # 1、创建客户端套接字对象
    # 静态常量  AF_INET代表Ipv4  SOCK_STREAM代表TCP协议
    tcp_client_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    # 2、和服务器建立套接字连接。参数是元组，指定ip和端口
    tcp_client_socket.connect(("127.0.0.1", 8888))
    # 3、发送数据，需要进行编码
    tcp_client_socket.send("hello".encode(encoding="utf-8"))
    # 4、接收数据，每次接收数据的大小，单位是字节，recv会阻塞等待数据到来，如果你不需要接收数据，那就跳过这步
    recv_data = tcp_client_socket.recv(1024)
    print(recv_data.decode())  # 默认utf-8解码，可省略不写
    # 5、关闭客户端套接字
    tcp_client_socket.close()

TCP服务端程序开发

1、创建服务端套接字对象
2、绑定IP地址和端口号，通过bind()函数完成
3、设置监听， listen()函数
4、等待接收客户端连接请求
5、接收数据
6、发送数据
7、关闭套接字

开发步骤：
1、导入socket模块
import socket
2、创建服务端socket对象
socket.socket(AddressFamily , Type)
AddressFamily：IP地址类型，分为Ipv4和Ipv6
type：传输协议类型
3、绑定ip地址和端口
bind
4、设置监听
listen
5、等待接收客户端的连接请求
accept
发送数据
6、数据传输
send：发送数据
recv：接收数据
close：关闭连接

代码演示：

import socket

if __name__ == '__main__':
    # 1、创建服务端套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)


    # 设置端口复用,关闭程序之后,电脑端口释放需要时间,但是实际上是已经释放了,
    # 但程序认为没有释放,所以关闭程序之后立即启动会报错
    # 直接进行强制复用
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)

    # 2、绑定ip地址和端口号
    # tcp_server_socket.bind(("192.168.31.59", 8888))
    tcp_server_socket.bind(("", 8888))  # 不设置的话,会自动填充本机ip地址
    # 3、设置监听
    tcp_server_socket.listen(128)  # 参数128:代表服务端等待排队连接的最大数量,超出的限制的连接就丢弃
    # 4、等待客户端请求
    # 这步会阻塞等待,如果接收到请求,返回一个用以和客户端通讯的socket,和客户端地址
    # 上面创建的socket只是监听,不会发送数据
    connect_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
    print("客户端地址:", ip_port)
    # 5、接收数据
    recv_data = connect_socket.recv(1024)
    print("接收到的数据:", recv_data.decode())
    # 6、发送数据
    connect_socket.send("客户端数据已收到".encode())
    # 7、关闭套接字
    connect_socket.close()
    tcp_server_socket.close()

socket的发送和接收缓冲区

当创建一个TCP socket对象的时候，会有一个发送缓冲区和一个接收缓冲区，这个发送和接收缓冲区就是内存中的一片空间。

当你要发送消息时，先将消息存放在缓冲区，当消息达到一定的数量之后再一次性进行发送。

send原理解析：
问题：send是不是直接把数据发送给服务端？
不是，要想发送数据，必须得通过网卡发送数据，应用程序无法直接通过网卡发送数据，它需要调用操作系统接口，也就是说，应用程序把发送得数据先写入到发送缓冲区（内存一片空间），再由操作系统控制网卡把发送缓冲区得数据发送给服务端网卡。

recv原理解析：
问题：recv是不是直接从客户端接收数据？
不是，应用程序无法直接通过网卡接收数据，它需要调用操作系统接口，由操作系统通过网卡接收数据，把接收得数据写入接收缓冲区（内存一片空间），应用程序再从接收缓冲区获取客户端发送得数据。

在这里插入图片描述

Demo多任务版TCP服务端程序

import socket
import threading


def tcp_server_thread(connect_socket, ip_port):
    print("客户端地址:", ip_port)
    # 5、接收数据
    recv_data = connect_socket.recv(1024)
    print("接收到的数据:", recv_data.decode())
    # 6、发送数据
    connect_socket.send("客户端数据已收到".encode())
    # 7、关闭套接字
    connect_socket.close()


if __name__ == '__main__':
    # 1、创建服务端套接字
    tcp_server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

    # 设置端口复用,关闭程序之后,电脑端口释放需要时间,但是实际上是已经释放了,但程序认为没有释放,所以关闭程序之后立即启动会报错
    # 直接进行强制复用
    tcp_server_socket.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, True)
    # 2、绑定ip地址和端口号
    # tcp_server_socket.bind(("192.168.31.59", 8888))
    tcp_server_socket.bind(("", 8888))  # 不设置的话,会自动填充本机ip地址
    # 3、设置监听
    tcp_server_socket.listen(128)  # 参数128:代表服务端等待排队连接的最大数量,超出的限制的连接就丢弃
    while True:
        # 4、等待客户端请求
        # 这步会阻塞等待,如果接收到请求,返回一个用以和客户端通讯的socket,和客户端地址
        # 上面创建的socket只是监听,不会发送数据
        connect_socket, ip_port = tcp_server_socket.accept()
        server_thread = threading.Thread(target=tcp_server_thread, args=(connect_socket, ip_port))
        server_thread.start()
    tcp_server_socket.close()